某水電站一水輪機(jī)機(jī)組現(xiàn)場(chǎng)LCU的設(shè)計(jì)

1、某水電站一水輪機(jī)機(jī)組現(xiàn)場(chǎng)LCU的設(shè)計(jì)摘要：水電站計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)利用自動(dòng)控制、計(jì)算機(jī)技術(shù)實(shí)現(xiàn)整個(gè)電站的自動(dòng)化監(jiān)測(cè)和控制目標(biāo)，提高電站控制的安全性、可靠性，實(shí)現(xiàn)工程管理的科學(xué)化、現(xiàn) 代化，充分發(fā)揮樞紐工程經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益。 本文通過(guò)對(duì)丁丹竹水電站現(xiàn)地控 制單元的研究，確保系統(tǒng)的經(jīng)濟(jì)實(shí)用、安全可靠、技術(shù)先進(jìn)、易丁維護(hù)，提升自 動(dòng)化、信息化水平*。關(guān)鍵詞：現(xiàn)地控制單元；順序控制；準(zhǔn)同期1前言廣東省梅縣丹竹水電站位丁梅州市境內(nèi)， 是梅江干流中的一個(gè)梯級(jí)。電站內(nèi)裝設(shè) 4臺(tái)燈泡貫流式水輪發(fā) 電機(jī)組。單機(jī)容量為8500KW發(fā)電機(jī)額定電壓6.3KV,額 定功率因素0.9，電站主擴(kuò)大單元（兩機(jī)一變）接線方案。電

2、站共裝設(shè)2臺(tái)主變壓器，高壓側(cè)電壓為110KV兩回110KV線路接入梅州110KV電網(wǎng)。該電站機(jī) 組已經(jīng)投產(chǎn)發(fā)電。配置五套 LCU分別為機(jī)組LCU1,機(jī)組LCU2,機(jī)組LCU3,機(jī) 組LCU4,和公用/廠用電/開(kāi)關(guān)站LCU所有LCU均以GE90-3匹 為核心進(jìn)行實(shí)時(shí) 數(shù)據(jù)采集和處理，順序控制，和提供（機(jī)組）有 /無(wú)功調(diào)節(jié)，事故追憶和提供現(xiàn) 地人機(jī)界面等功能。在PLC梯形邏輯編寫(xiě)和調(diào)試過(guò)程中，充分考慮了軟件的可移 植性和通用性，軟件按功能劃分，既為一個(gè)整體乂相互獨(dú)立。系統(tǒng)接受梯調(diào)的調(diào)度指令，實(shí)現(xiàn) AGC AVC廠內(nèi)經(jīng)濟(jì)運(yùn)行、自動(dòng)監(jiān)測(cè)和閉環(huán)控 制，提高電廠運(yùn)行經(jīng)濟(jì)效益，提高電廠安全運(yùn)行水平，改善職工

3、運(yùn)行條件及提高 電能生產(chǎn)的質(zhì)量?，F(xiàn)地級(jí)監(jiān)控層LCU直接控制和監(jiān)視主設(shè)備的運(yùn)行，在整個(gè)系統(tǒng) 中，它作為一個(gè)智能終端，但也可以作為獨(dú)立的裝置單獨(dú)運(yùn)行。2現(xiàn)地級(jí)機(jī)組LCU的功能2.1數(shù)據(jù)采集及處理1）開(kāi)關(guān)量采集及處理狀態(tài)開(kāi)關(guān)量的采集及處理：機(jī)組LC皈周期掃查全部開(kāi)入量，進(jìn)行狀態(tài)檢查，更 新數(shù)據(jù)庫(kù)，在開(kāi)關(guān)量發(fā)生變位時(shí)，可以產(chǎn)生事件記錄，并根據(jù)控制流程進(jìn)行動(dòng)作 處理或接點(diǎn)復(fù)歸處理。處理內(nèi)容事先由設(shè)計(jì)人員根據(jù)機(jī)組的運(yùn)行要求編寫(xiě)在控制 流程之中。當(dāng)事故類(lèi)信號(hào)變位時(shí)，LCU艮據(jù)流程控制機(jī)組進(jìn)行事故停機(jī)。如屆丁 故障類(lèi)信號(hào)變位時(shí)，LCU則進(jìn)行登錄和報(bào)警處理。所有事件記錄，流程的執(zhí)行情 況不僅保存丁機(jī)組LCU還全

4、部送廠級(jí)監(jiān)控層。在狀態(tài)開(kāi)關(guān)量中，有一種綜合開(kāi) 關(guān)量，這實(shí)際是一種若干個(gè)開(kāi)入量按一定邏輯關(guān)系得到的一個(gè)中間變量，此量可供其他LCU或裝置使用，如機(jī)組空載狀態(tài)，機(jī)組發(fā)電狀態(tài)等即屆丁這一類(lèi)，往往 以開(kāi)出的方式引出，或僅作為L(zhǎng)CS身內(nèi)部的一個(gè)宏變量供流程使用。機(jī)組 LCU 狀態(tài)開(kāi)關(guān)量共有90多個(gè)，這些量包括：斷路器的開(kāi)/合，導(dǎo)葉的位置，油位的高 低，油泵的啟、停等。中斷開(kāi)關(guān)量的采集與處理：中斷開(kāi)關(guān)量具有中斷能力，響應(yīng)速度快（<10mS,可按其變位發(fā)生時(shí)間的先后形成事件順序記錄。水輪機(jī)、發(fā)電機(jī)、瓦溫過(guò)高、壓力 油泵、過(guò)速信號(hào)、機(jī)組的勵(lì)磁、保護(hù)等事故信號(hào)作為中斷開(kāi)關(guān)量輸入，共20多點(diǎn)。機(jī)組LCU一旦

5、收到這些表明機(jī)組發(fā)生事故的信號(hào)，會(huì)立即中斷當(dāng)前的工作， 快速轉(zhuǎn)到事故流程進(jìn)行處理。并按要求形成事件順序記錄。脈沖量采集與處理：每臺(tái)機(jī)組LCU為2路脈沖量，分別采集機(jī)組有功和無(wú)功電度。 脈沖信號(hào)分別取自有功及無(wú)功脈沖電度表， 根據(jù)每臺(tái)機(jī)組的PT/CT變比和脈沖電 度表每度的脈沖個(gè)數(shù)，即可計(jì)算出每臺(tái)機(jī)組的電度累加值。 計(jì)算結(jié)果可與電磁式 電度表計(jì)值進(jìn)行比較和修正，以保證計(jì)量的準(zhǔn)確性。2）模擬量采集與處理交流模擬量：通過(guò)GE程90-30的PTM膜塊實(shí)現(xiàn)機(jī)組的交流采樣，采集參數(shù)包括： 電壓、電流、有功、無(wú)功、頻率、功率因素等電量。一般模擬量：主要包括直流電量及非電量性模擬量（溫度量除外），主要有：轉(zhuǎn)子

6、電流及電壓、導(dǎo)葉開(kāi)度、差壓、機(jī)組的工作水頭等信號(hào)。這些信號(hào)由變送器轉(zhuǎn) 換為420mA言號(hào)供PLC采集。溫度量：溫度量將采用48路智能溫度巡檢裝置進(jìn)行采集，采用二線制接線方式 輸入，測(cè)溫電阻為PT10Q采集對(duì)象包括水輪發(fā)電機(jī)空氣冷卻器、發(fā)電機(jī)定子、 軸承等共計(jì)30多路。溫度巡檢裝置根據(jù)測(cè)溫電阻在不同的溫度下具有不同電阻 值的原理，將電阻轉(zhuǎn)換成相應(yīng)的電量供計(jì)算機(jī)處理。PLC將通過(guò)RS48成口定時(shí)進(jìn)行采集。根據(jù)運(yùn)行需要，設(shè)置以上模擬量低低限（LL）、低限（L）、高限（、 高高限（HH報(bào)警值，系統(tǒng)提供越復(fù)限報(bào)警及處理功能。2.2控制與操作機(jī)組LCU可以接受上位機(jī)或LCU操作面板上的輸入命令，執(zhí)行相應(yīng)操

7、作。機(jī)組 LCU都是通過(guò)其開(kāi)出繼電器的空接點(diǎn)去動(dòng)作現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備，共使用單接點(diǎn)形式的開(kāi)出點(diǎn)50多點(diǎn)，分別作用于各種管路的電磁閥、電路的斷路器、高壓油泵、潤(rùn)滑油 泵、漏油箱油泵的電動(dòng)機(jī)等現(xiàn)地設(shè)備輸入點(diǎn)。機(jī)組的控制操作需要編寫(xiě)以下主要流程：1）機(jī)組順序控制流程。該流程包括以下幾種工況：停機(jī)一空載；空載一發(fā)電； 發(fā)電一空載；空載一停機(jī)。2）緊急停機(jī)流程。3）發(fā)電組事故報(bào)警流程。4）發(fā)電組事故報(bào)警及停機(jī)流程。5）高壓頂起油泵控制流程。6）潤(rùn)滑油泵控制流程。7）漏油箱油泵控制流程。8）故障、事故音響處理流程。9）其它流程。2.3機(jī)組的有功和無(wú)功調(diào)節(jié)LCU裝置對(duì)機(jī)組有功（P）、無(wú)功（Q調(diào)節(jié)是根據(jù)LCU空制面板或

8、主機(jī)設(shè)置的P、 Q值，通過(guò)對(duì)機(jī)組的導(dǎo)葉開(kāi)度和勵(lì)磁電壓進(jìn)行調(diào)節(jié)，使機(jī)組按給定的P、Q值運(yùn)行。對(duì)于P、Q的調(diào)節(jié)，LCU輸出的調(diào)節(jié)量采用脈寬的方式，調(diào)節(jié)脈沖均通過(guò)中 問(wèn)繼電器輸出給微機(jī)調(diào)速器和微機(jī)勵(lì)磁調(diào)節(jié)器，在P、Q的調(diào)節(jié)中還設(shè)立了發(fā)電機(jī)電壓、電流、P、Q負(fù)荷差等多種調(diào)節(jié)保護(hù)，確保 P、Q調(diào)節(jié)在安全的范圍內(nèi)進(jìn) 行。PLC直接通過(guò)以太網(wǎng)與廠級(jí)網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行通訊，可確保當(dāng)現(xiàn)地LCU中操作面板出現(xiàn)故障，監(jiān)控系統(tǒng)仍能從遠(yuǎn)方監(jiān)控所控設(shè)備（包括機(jī)組開(kāi)、停機(jī)控制、增減有、 無(wú)功率等）。2.4人機(jī)接口機(jī)組LCU配置操作面板作為人機(jī)交互的窗口。運(yùn)行人員通過(guò)操作面板可以進(jìn)行機(jī) 組的啟、停，斷路器的分、合，有功、無(wú)功的給定等多

9、種操作。對(duì)丁操作中的錯(cuò) 誤或不合法的命令，LCUffi絕控制命令的執(zhí)行。對(duì)合法的命令，顯示控制的過(guò)程 及最終結(jié)果。在操作面板上可對(duì)機(jī)組的動(dòng)作情況和當(dāng)前的工作狀態(tài)以及各種電 流、電壓量、溫度量、有功、無(wú)功值進(jìn)行監(jiān)視，LCU的這種完整的操作顯示功能使它即使脫離上位機(jī)仍能獨(dú)立運(yùn)行。操作面板發(fā)生故障，不影響系統(tǒng)的正常運(yùn)行， 主機(jī)仍能對(duì)機(jī)組LCUffi行監(jiān)控。2.5診斷功能機(jī)組LCU具有對(duì)本身的硬件及各控制單元進(jìn)行全面的保護(hù)性自我檢驗(yàn)功能， 并根 據(jù)檢驗(yàn)結(jié)果采取相應(yīng)的保護(hù)性措施，防止出現(xiàn)不良結(jié)果。 LCU同時(shí)向主機(jī)報(bào)告診 斷的結(jié)果，根據(jù)自診斷記錄，值班維護(hù)人員可以了解LCU裝置工作是否良好，指 導(dǎo)處理異

10、常情況。2.6通信功能1）機(jī)組LCU與廠級(jí)監(jiān)控層的通信。通過(guò)以太網(wǎng)實(shí)現(xiàn)，通信的主要內(nèi)容有：將LCU 采集到的各種信息、正在執(zhí)行的控制操作、內(nèi)部自診斷結(jié)果即時(shí)送上主機(jī)。 接受 主機(jī)的時(shí)間設(shè)定值和GPSH鐘同步信號(hào)。接受主機(jī)的P、Q設(shè)定值及控制命令等。2）機(jī)組LCU與微機(jī)保護(hù)裝置的通信。通過(guò)RS485總線將運(yùn)行狀態(tài)、報(bào)警等 信號(hào) 采集并傳送到廠級(jí)監(jiān)控層主機(jī)。3）與其他設(shè)備的通信。LCU能夠通過(guò)硬布線的方式，將調(diào)速器、勵(lì)磁裝置的運(yùn) 行狀態(tài)、報(bào)警等信號(hào)采集并傳送到廠級(jí)監(jiān)控層主機(jī)。2.7準(zhǔn)同期功能機(jī)組LCU上裝的微機(jī)準(zhǔn)同期裝置可以萬(wàn)無(wú)一失地捕捉到第一次出現(xiàn)的準(zhǔn)同期時(shí) 機(jī)，而且能絕對(duì)保證發(fā)電機(jī)在無(wú)相差的情

11、況下并入電網(wǎng)。由丁采用深圳智能公司生產(chǎn)的最新型的SID-2CV全中文智能準(zhǔn)同期裝置，主機(jī)和LCU可通過(guò)RS485接口 與準(zhǔn)同期裝置直接通信，實(shí)行遠(yuǎn)程監(jiān)視。3公用和開(kāi)關(guān)站LCU功能由丁公用和開(kāi)關(guān)站LCU采用與機(jī)組LCU相同的控制結(jié)構(gòu)及設(shè)備，因此，其數(shù)據(jù)采 集與處理，控制與操作，人機(jī)接口，自診斷，通信等方面的基本功能，與機(jī)組LCU大致相同。公用LCU有兩面盤(pán)柜，第一面盤(pán)柜主要安裝 PLG操作面板，完 成數(shù)據(jù)采集和控制。第二面盤(pán)柜主要安裝全部開(kāi)出量中問(wèn)繼電器、GPS線路準(zhǔn)同期裝置等。綜合電量變送器安裝在開(kāi)關(guān)站現(xiàn)地屏上。 UPS及電池安裝丁計(jì)算機(jī) 室。3.1公用LCU監(jiān)控項(xiàng)目1） 2臺(tái)廠用變高低壓側(cè)斷

12、路器；主變的高低壓側(cè)斷路器、隔離開(kāi)關(guān)及隔離刀閘；2回110KV斷路器、隔離開(kāi)關(guān)及隔離刀閘；400V廠用電I II段母線聯(lián)絡(luò)開(kāi) 關(guān)；廠用電至閘壩的電源斷路器；6.3KV母線至船閘的電源斷路器；10KV外接電 源變壓器，高低壓側(cè)斷路器。2) 12號(hào)技術(shù)供水水泵；12號(hào)滲漏水泵；12號(hào)消防泵；12號(hào)中壓氣機(jī)； 12號(hào)低壓氣機(jī)；火災(zāi)報(bào)警控制器總火警信號(hào)。對(duì) 12號(hào)技術(shù)供水水泵、12 號(hào)滲漏水泵、12號(hào)中壓氣機(jī)、12號(hào)低壓氣機(jī)等公用設(shè)備的數(shù)據(jù)采集， 公用LCU 可通過(guò)Genius總線和以上設(shè)備相聯(lián)。在公用 LCU的I/O點(diǎn)設(shè)計(jì)時(shí)暫不考慮。3) 上下游水位；上下游水位差；直流母線電壓。4) 12號(hào)廠變；12號(hào)船閘變的有功電度；110KV線路的有功及無(wú)功電度；12 號(hào)主變高壓側(cè)有功及無(wú)功電度；有功及無(wú)功電度的測(cè)量方法同機(jī)組LCU3.2公用LCU空制流程主要控制流程有以下幾個(gè)：廠變高壓側(cè)斷路器控制流程；廠用電I、II分段，斷路器控制流程；110KV線路斷路器控制流程；110KV線路隔離刀閘控制流程；主變110KV高低側(cè)斷路器控制流程；主變110KV高低側(cè)隔離刀閘控制流程;故障、事故音響處理流程。4結(jié)束語(yǔ)廣東省梅縣丹竹水電站計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)在系統(tǒng)實(shí)施過(guò)程中廣泛應(yīng)用了自動(dòng)控制 技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)、數(shù)據(jù)庫(kù)技術(shù)、總線技術(shù)等，提升了整個(gè)水電站的自動(dòng)化監(jiān)測(cè) 和控制水